Skip to content

Eine nachhaltige Welt aus dem 3-D-Drucker – Widerspruch oder Chance?

Unterschiedlichste Anwendungen der 3-D-Drucktechnologie führten in den letzten Jahren in vielen Bereichen der Industrie und Forschung zu enormen Fortschritten. Die stetige Weiterentwicklung zukünftiger Anwendungsmöglichkeiten wie der 3-D-Druck von Häusern oder das sogenannte Bioprinting, also der Druck von Gewebestrukturen oder Organen, lässt darüber hinaus vermuten, dass die Bedeutung der 3-D-Druckindustrie auch weiterhin stark zunehmen wird. Lässt sich das auch im Kontext einer Bildung für nachhaltige Entwicklung einsetzen?

Ein Beitrag von Dr. Oliver Straser, Aileen Fahrländer und Prof. Dr. Katja Maaß, Pädagogische Hochschule Freiburg

Bereits jetzt verwenden namhafte Hersteller im Fahrzeug- und Flugzeugbau 3-D-Drucktechnologien in der Serienfertigung zur Erzeugung besonders leichter und stabiler Bauteile. In der Medizinindustrie können durch 3-D-Druck Prothesen für Beine und Arme passgenau und kostengünstig hergestellt werden. Bei der Restauration alter Gebäude mit aufwendigen Ornamenten werden gut erhaltene Teile zunächst 3-D-gescannt und anschließend wieder ausgedruckt. Diese Anwendungsbeispiele sollen nicht nur die gesellschaftliche Relevanz dieser Technologie verdeutlichen, sondern zeigen auch, dass 3-D-Druck in immer mehr Berufen, auch außerhalb des MINT-Bereichs, eine zunehmend wichtige Rolle spielt.

3-D-Druck in der Schule

Seit der Verfügbarkeit von erschwinglichen und unkompliziert einsetzbaren 3-DDruckern kann die Implementierung des 3-D-Drucks auch im Bildungsbereich eine entscheidende methodische Bereicherung darstellen. Der 3-D-Druck kann dabei eine innovative Möglichkeit sein, wichtige Fähigkeiten wie räumliches Denken und Problemlösestrategien zu fördern, und bietet durch seine Anschaulichkeit einen ganz entscheidenden Mehrwert. So können im Fach Mathematik beispielsweise Kantenmodelle geometrischer Körper gedruckt werden, im Fach Geografie topografische Karten oder im Fach Biologie vergrößerte Modelle biologischer Zellen. Auf verschiedenen Onlineportalen werden bereits Anschauungsobjekte und Experimentiersets speziell für den Einsatz im Bildungsbereich kostenfrei angeboten, seien es optische Illusionen, mathematische Körper, Chaospendel oder lineare Partikelbeschleuniger.

Mathematischer Körper aus dem 3-D-Drucker | © Fahrländer/Straser

Plastikmüll vs. BNE?

Wichtig dabei ist, dass der 3-D-Druck – wie alle neuen Medien auch – kein Selbstzweck bleibt, sondern als neues Werkzeug im Lerngeschehen in ein pädagogisches Konzept eingebettet sein muss. Für Schüler*innen scheint außerdem die Möglichkeit, eine Fragestellung von der Planung bis zur Realisierung zu begleiten, stark motivierend zu sein. Kreativität sowie multiperspektivische Herangehensweisen können durch offene Zusammenarbeit am 3-D-Modell gefördert werden; vielfältige Problemlösestrategien bieten dann wiederum die Möglichkeit, einen konstruktiven Umgang mit Fehlern zu schulen. Allerdings lassen sich solche Lernumgebungen, auch aufgrund einer Druckdauer von häufig bis zu mehreren Stunden, nicht immer einfach realisieren. Doch wie passen 3-D-Druck inklusive des dadurch entstehenden Plastikmülls und Bildung für nachhaltige Entwicklung zusammen? Beim 3-D-Druck entstehen notwendigerweise Plastikabfälle, etwa durch Stützmaterialien und Fehldrucke. Daher müssen wir uns der Frage stellen, ob der Mehrwert des Einsatzes von 3-D-Drucktechnologien im Unterricht die zusätzliche Umweltbelastung rechtfertigt.

Plastikmüll lässt sich beim 3-D-Druck nicht vermeiden | © Fahrländer/Straser

Zur Funktionsweise des 3-D-Drucks

Die im Hobby- und Bildungsbereich am meisten verbreitete Technologie ist das Schmelzschicht- oder kurz FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication, also etwa Herstellung mittels geschmolzenem Filament). Dabei wird das Druckmaterial, in der Regel ein Kunststoff, in einer Düse geschmolzen und dann schichtweise auf eine Bauplattform aufgetragen. Dieses Verfahren ist vergleichsweise einfach umzusetzen, kostengünstig und vielfältig einsetz- und adaptierbar. Hauptsächlich wird dabei der Kunststoff PLA und seltener PETG und ABS als Druckmaterial verwendet. Die Wahl beeinflussen Faktoren wie Belastbarkeit, Witterungsbeständigkeit und Preis, was wiederum von der späteren Anwendung des Drucks abhängt.

Umweltfreundlicher 3-D-Druck ist möglich

PETG ist das durch Mehrwegflaschen bekannte Polyethylenterephthalat (PET) modifiziert durch Glykol. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ebenfalls ein erdölbasierter Kunststoff und wird in der Industrie vielfältig eingesetzt, beispielsweise bei der Herstellung von Bausteinen der Firma Lego. PLA (Polylactide) ist dagegen ein vollständig biologisch abbaubarer, erdölfreier Kunststoff, der beispielsweise aus Mais gewonnen werden kann. Daher hat PLA auch den Ruf, der umweltfreundlichste 3-D-Druckwerkstoff zu sein, wobei ein Großteil der PLA-Abfälle entweder im heimischen Kompost oder im Plastikmüll landet. 

Arbeitsblatt zum Download

Die Synthese von PLA sowie der Kompostierprozess können im Unterricht umgesetzt und untersucht werden.

Vereinfachte Darstellung eines 3-D-Drucks | © krzysztof-m – Pixabay/
Fahrländer/Straser

Allerdings bedeutet biologisch abbaubar nicht kompostierbar. Im heimischen Kompost kann PLA nicht abgebaut werden und nur etwa 20 Prozent der industriellen Abbauanlagen sind dazu in der Lage, PLA zu kompostieren. Alternativ kann PLA auch recycelt werden. Dabei werden die Abfälle zunächst gewaschen, zerkleinert und dann durch eine Presse wieder in Form gebracht. Studien zeigen, dass beim Recycling mindestens 96 Prozent des PLA wiederverwertet werden können und dieses Verfahren daher aus ökologischer Sicht vorzuziehen ist, da beim Kompostieren erhöhte Mengen an CO2 freigesetzt werden. Verschiedene Firmen in Deutschland haben sich inzwischen auf das Recycling von PLA, PETG und ABS spezialisiert und bieten die kostenlose Annahme von 3-D-Druckabfällen an.

Eine Bilanz

Die 3-D-Drucktechnologie kann gut in den klassischen Unterricht integriert werden. Gesamtgesellschaftlich aktuelle Themen wie Nachhaltigkeit und Umweltschutz können auf diese Weise handlungs- und lösungsorientiert bearbeitet und Schüler* innen zu kritisch reflektierten und verantwortungsvollen Entscheidungen befähigt werden. So lässt sich etwa durch die eigenständige Herstellung von Ersatzteilen auch das Konsumverhalten junger Menschen beeinflussen oder es können durch die Thematisierung von 3-D-gedrucktem Fleisch ethische Fragestellungen aufgeworfen werden. Gleichzeitig sollte stets ein Bewusstsein für einen sinnvollen Einsatz der Technologie, einen ressourcenschonenden Umgang sowie die Wiederverwertbarkeit der Druckreste geschaffen werden. Das bedeutet insbesondere, dass Druckabfälle sortenrein gelagert und wiederverwertet werden sollten.

Download

Literatur- und Link-Tipps

Wenn Sie mehr zum Thema Nachhaltigkeit beim 3-D-Druck wissen möchten, finden Sie hier eine Zusammenstellung interessanter Beiträge:

Hat Ihnen dieser Artikel gefallen?

Mehr davon finden Sie in unserer Lehrerzeitung MINT Zirkel! Mit dem digitalen MINT Zirkel-Abo erhalten Sie regelmäßig neue Ausgaben der digitalen Lehrerzeitung – vollgepackt mit praxisnahen Fachartikeln, didaktisch fundierten Materialien und exklusiven MINT Zirkel-Zusatzmaterialien. Speziell für Lehrkräfte im MINT-Bereich.

Beitrag teilen:

Facebook
X
LinkedIn
Pinterest
XING
WhatsApp
Email

Ähnliche Beiträge

Sitzungssaal mit vielen Menschen
7. Januar, 2026
Ende 2024 gingen, zum Teil von den Medien un(ter)beobachtet, mehrere UN-Konferenzen zu Ende, die sämtlich um den Erhalt unserer Umwelt gerungen haben. Inzwischen neigt sich 2025 dem Ende zu und wir befinden uns weiterhin auf einem desaströsen Pfad des sich beschleunigenden Klimawandels, Artenverlustes und der Umweltverschmutzung.
Zwei gefüllte Champagnergläser vor Bokeh-Hintergrund
30. Dezember, 2025
Das Schuljahr ist wieder gestartet. Für Millionen Schüler:innen, Lehrkräfte und Eltern fühlt sich der Alltag jetzt, nach dem Sommer, ähnlich an wie der davor. Es gibt wieder: frühes Aufstehen, verstopfte Schultoiletten, Formeln, Vokabeln und unrenovierte Gebäude. Für alle, die dabei Gefahr laufen, in den Trott vom letzten Jahr zu verfallen, hilft vielleicht der Blick auf zwei wissenschaftliche Highlights der letzten Zeit.
Eine Frau, von der nur die Arme zu sehen sind, hält ein Glas mit einem künstlichen Weihnachtsbaum ins Bild
23. Dezember, 2025
Das populärwissenschaftliche britische Magazin New Scientist erscheint seit 1956 jede Woche. Von 1967 bis 1977 enthielt es die Kolumne „Tantalizer“ (auf Deutsch: „Peiniger“) mit mathematischen und logischen Rätseln, die von dem britischen Philosophen Martin Hollis geschrieben wurden. Seit dem 22. Februar 1979 findet man in dem Magazin eine Denksportkolumne mit dem Titel „Enigma“ (auf Deutsch: „Rätsel“). Die Kolumne lief fast 35 Jahre lang, als am 28. Dezember 2013 das 1780. und letzte „Enigma“ erschien. Am 2. Januar 2013 stellte Peter Chamberlain das folgende Rätsel.
Adventsgesteck mit vier roten brennenden Kerzen
16. Dezember, 2025
Advent ist nicht nur die Zeit des Lichts, sondern auch des Nachdenkens – und manchmal sogar des logischen Denkens. Das folgende Rätsel bringt die feste Struktur des Adventsbrauchs mit einer kleinen mathematischen Herausforderung zusammen. Perfekt für alle, die gern über Kerzen hinaus in Zahlen denken. Viel Freude beim Knobeln!
Rentier im Schnee
9. Dezember, 2025
Weihnachten 1939 gab die Kaufhauskette „Montgomery Ward“ aus Chicago ein von Robert Lewis May entworfenes Malbuch für Kinder heraus, das von einem Rentier mit einer leuchtend roten Nase namens Rudolph handelte. 1949 landete Gene Autry mit dem darauf basierenden von Johnny Marks geschriebenen Weihnachtslied „Rudolph, the Red-Nosed Reindeer“ einen Welthit. Die Geschichte des rotnasigen Rentiers ist auch mehrfach verfilmt worden.
Leere Liste vom Weihnachtsmann inmitten weihnachtlicher Dekoration wie Zuckerstange und Weihnachtsmütze
2. Dezember, 2025
Simone Falk-Hiller wurde 1966 in Bremen geboren. Sie ist Betriebswirtin und Programmiererin, arbeitet als Lehrbeauftragte an der Lüneburger Universität Leuphana und bietet an Volkshochschulen Programmierkurse an. Außerdem ist sie eine sehr kreative Erfinderin von Denksportaufgaben. 2023 entwarf sie folgende Knobelei.
Geschmückter Tannenbaum steht in mystischerr Kulisse
26. November, 2025
Das populärwissenschaftliche britische Magazin New Scientist erscheint seit 1956 jede Woche. Von 1967 bis 1977 enthielt es die Kolumne „Tantalizer“ (auf Deutsch: „Peiniger“) mit mathematischen und logischen Rätseln, die von dem britischen Philosophen Martin Hollis geschrieben wurden. Seit dem 22. Februar 1979 findet man in dem Magazin eine Denksportkolumne mit dem Titel „Enigma“ (auf Deutsch: „Rätsel“). Die Kolumne lief fast 35 Jahre lang, als am 28. Dezember 2013 das 1780. und letzte „Enigma“ erschien. Am 2. Januar 2013 stellte Peter Chamberlain das folgende Rätsel.
LEGO Education Science im Unterricht
26. November, 2025
Es kann frustrierend sein, sowohl für Schüler:innen als auch für Lehrkräfte an weiterführenden Schulen: Man gibt alles, gestaltet den Unterricht abwechslungsreich, sucht lebensnahe Beispiele, und trotzdem scheint das Interesse mancher Kinder und Jugendlichen schnell zu schwinden. Spätestens beim Korrigieren der Klassenarbeiten fragt man sich: Haben wir dieses Thema überhaupt behandelt? Was bleibt, ist das Gefühl, dass Wissen zwar vermittelt, aber nicht wirklich verankert wurde.
Junge Frau hält eine Tasse mit Kakao und Marshmallows in der Hand, während sie ein Buch liest
19. November, 2025
Vorweihnachtszeit, Advent und dann endlich die Tage zwischen den Jahren: Endlich wieder ein wenig mehr Ruhe, um etwas Spannendes aus der MINT-Welt zu lesen. Stöbern Sie mit uns – hier kommen unsere Lektüreempfehlungen für die Weihnachtstage.
Pappschild mit einer farbigen Zeichnung einer brennenden Erde
19. November, 2025
Schon längst ist der Klimawandel kein politisches oder gesellschaftliches Randthema mehr. Die Klimaveränderungen sowie die damit verbundenen Auswirkungen auf Natur und Mensch betreffen uns alle. Hinzu kommt, dass vor allem die nachfolgenden Generationen mit den Folgen der globalen Erderwärmung umgehen und leben lernen müssen. Dafür ist es wichtig, dass schon Kinder verstehen, wie diese Veränderungen entstehen, welche Lebensgrundlagen dadurch bedroht sind und wie sie aktiv eine lebenswerte Zukunft für alle gestalten können.
Farbige Kuchen mit Garnitur
19. November, 2025
Die molekulare Küche, die ihren Ursprung in der Spitzengastronomie hat, bietet zahlreiche Möglichkeiten für die Zubereitung und Präsentation von Speisen. Ein bekanntes Beispiel sind Alginatperlen, die als „Fruchtkaviar“ bekannt wurden und heute bei Jugendlichen in Bubble Tea als „Popping Boba“ große Beliebtheit genießen. Abgesehen von derartigen spielerischen Aspekten hält die molekulare Küche jedoch auch praktische Anwendungen bereit, etwa im Bereich Gesundheit und Pflege. Im Klassenzimmer verbindet sie kulinarische Kreativität mit naturwissenschaftlichem Lernen und macht Chemie im wahrsten Sinne des Wortes begreifbar.
Erde gibt den Blick frei auf zwei andere Planeten
12. November, 2025
Inzwischen ist der Nachweis von Planeten bei anderen Sternen Routine. Nun können Superteleskope sogar deren Atmosphären analysieren – und vielleicht bald Lebensspuren entdecken.

Vielen Dank, dass Sie sich für den MINT Zirkel interessieren. Registrieren Sie sich jetzt, um Zugriff auf alle Zusatzmaterialien zu erhalten oder melden Sie sich mit Ihren bestehenden Zugangsdaten zu Ihrem “Mein MINT Zirkel-Account“ an.